自主基礎機器人的路徑規劃

蔡麗 左小瓊

武漢東湖學院 湖北省武漢市 430212

1 引言

隨著生產自動化的發展需要，機器人已經越來越廣泛地應用到生產自動化上，而且機器人傳感器種類也越來越多，其中紅外傳感器已經成為自動行走和駕駛的重要部件。此外，電子技術的不斷發展，微處理器芯片的集成程度越來越高，這種技術促使機器人技術也有了突飛猛進的發展，目前人們已經完全可以設計并制造出具有某些特殊功能的簡易智能機器人， 而輪式智能基礎機器人是目前移動機器人最常用的的一種形式，被廣泛應用到現代制造企業中，其開發涉及及控制、傳感器技術、電子電氣、計算機、機械等多個學科。

在上述背景及現狀的前提下，本文主要描提出一種具有紅外避障功能的自主基礎機器人，以AT89S51單片機為主控芯片的智能小車模型，配合直流電機驅動，紅外傳感電路來構成，實現小車的前進、轉向、避障等動作，并在此基礎上探討路徑規劃。本系統采用模塊化的設計思路，使得整個設計結構具有擴展性。

2 自主基礎機器人系統

自主基礎機器人系統，以紅外傳感檢測為基礎，通過單片機控制芯片，可實時檢測路面障礙進行相應的動作調整，系統具體硬件組成及軟件控制思想如下。

2.1 硬件系統

系統硬件組成如圖1所示，利用單片機的中斷對紅外線發射管進行調制發射38KHz信號，發射距離遠近可由可調電阻調節。發射出去的紅外線遇到避障物的時候反射回來，紅外線接收管對反射回來信號進行解調輸出TTL電平，在遇障礙物時控制電機并使基礎機器人轉向。外界對紅外信號的干擾比較小，且易于實現。接收頭采用HS0038A2型一體化接收探頭，接收頭的輸出腳OUT與單片機INT0引腳相接，如圖2所示。紅外接收頭在沒有接收到紅外信號時，INT0輸出高電平，單片機不中斷。在接收到信號時輸出低電平，單片機中斷。

驅動模塊主要是直流電機驅動，采用L293D電機驅動芯片，通過內部H橋式驅動電路，可以同時對兩個電機進行控制。電機控制只需要使能信號和轉向控制信號即可，分別是使能信號ENABLE、轉向控制信號IN1、轉向控制信號IN2。驅動芯片的IN1~IN4引腳分別與單片機的I/O引腳相接，如圖2所示。

2.2 軟件系統

軟件側重避障和路徑優化，采用外部中斷的方式來實現，通過小車前部安裝的兩對紅外探頭，檢測車體左邊和右邊的障礙物，當右邊檢測到障礙時引起外部中斷1中斷，控制小汽車向左轉。當左邊檢測到障礙時引起外部中斷0中斷，控制小汽車向右轉。此外，在此基礎上進行路徑最優化處理。這里假設活動范圍為200m*200m，二維坐標起點（10，180），終點（150，90）利用蟻群算法，最終可以進行二維路徑規劃。

蟻群算法是一種基于種群的進化算法，具有一種新的模擬進化優化方法的有效性，與其他啟發式算法相比，在求解性能上，具有很強的魯棒性和搜索較好解的能力。通過初始化蟻群，根據目標評價每只螞蟻的適應度，再根據適應度對螞蟻經過的路徑按比例釋放信息素，然后螞蟻根據前面留下的信息素選擇路徑，最后判斷是否滿足終止條件，結束蟻群算法返回。通過蟻群算法，選擇最優路徑達到右側目的地，如圖3所示紅色線條即為最優路徑。

3 結束語

本文介紹了一種簡單的自主基礎機器人設計，采用AT89S51單片機為核心，結合傳感器檢測模塊，給出軟硬件結構，可實時控制速度和方向運動，從而實現避障和路徑規劃。該電路具有結構簡單、可靠性高的優點。

[1]陳海松；李益民.基于AT89C51單片機的智能避障遙控機器人的設計.黃石理工學院報，2011.

[2]林少帥；謝勇.基于Atmega16的太陽能智能小車.科技視界.2012.

[3]李健；蔣全勝；任玲芝.太陽能小車智能控制系統的設計.巢湖學院學報.2011